微污染水包埋固定化菌处理技术

Posted 2023-01-15 阶段

篇首语：知识为进步之母,而进步又为富强之源泉。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了微污染水包埋固定化菌处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

随着人造湖楼盘的开发，作为人造湖取水水源的江河，其水质受到了更大关注。一般来说，受污染江河水体中主要污染物包括石油烃、挥发酚、氨氮、农药、COD、重金属、砷、氰化物等，其所含污染物种类较多，性质较复杂，浓度比较低微，属于微污染水〔1〕。这些微污染水进入相对封闭的湖体时，会消耗水中的溶解氧，使水体失去自净能力，氮磷浓度较高时，易发生富营养化。由于传统污染水处理工艺处理微污染水时面临着很多问题，如：投资运行费用高、维护管理不方便、去除低浓度氨氮效果不理想等，如何经济有效地去除微污染水中的有机物和氨氮成为当前的研究热点。

包埋固定微生物技术通过物理或化学方法将优势微生物种群加以固定，微生物在单位空间呈高密度状态，具有高处理负荷、剩余污泥少、稳定性高、操作方便等特点〔2〕。虽然包埋固定化菌在污水治理方面已经有了很多工程实例，但用于微污染水治理还停留在实验研究阶段。其中大部分实验研究集中在自来水水源水的微污染治理〔3,4,5〕，涉及地表水用于景观用水的微污染治理的研究较少。笔者以泵入成都某楼盘人造湖的河水为处理对象，通过对比传统 A/O 工艺、投加包埋固定化菌的 A/O 工艺以及单独使用包埋固定化菌工艺的运行情况，考察了包埋固定化菌处理微污染水的性能，研究了包埋固定化菌处理微污染水较传统生化工艺的优势所在。

1 试验设计

1.1 原水来源及水质

试验原水取自成都某楼盘人造湖旁的河流，该河系成都府南河支流，楼盘景区人造湖用水在一定时间从此河以抽水泵抽入湖中。试验期间，气温较低，河水水温 10～15 ℃，取回后实验室控制水温在 15 ℃左右，原水为劣Ⅴ 类水，水质如表 1 所示。

1.2 污泥来源及包埋固定化菌种

试验中 A/O 反应器中使用的污泥取自成都市第二污水处理厂某中试 MBR 好氧池，再经过试验用水驯化 15 d 后作为接种污泥。

包埋固定化菌种由日立公司提供，其以聚乙二醇（PEG）为载体，主要包埋硝化菌等。包埋固定化菌颗粒是边长为 3 mm 的立方体小块，外观呈浅棕黄色，表面光滑，手感柔软有弹性，机械强度好，无明显气味，包埋固定化菌颗粒密度 1.02～1.04 g/cm3，近似于水，保证基质与载体的充分混合。

1.3 试验装置及方法

试验装置及工艺流程如图 1 所示。反应器由有机玻璃制成，工作容积 10 L，形状为长方体，分为两个格室，前一个格室厌氧运行，占反应器总体积的 1/3，后一个格室好氧运行，占反应器总体积的 2/3。分别在好氧区和厌氧区联通处、好氧区至厌氧区回流口以及溢流出水口设置格网，保证包埋固定化菌颗粒被拦截在反应器好氧区中。

图 1 试验装置及工艺流程

试验分 3 个阶段，第一个阶段不添加接种污泥，仅在好氧区中投加驯化后的包埋固定化菌颗粒，投加量为好氧区体积的 10%，保持好氧区中溶解氧质量浓度 4 mg/L 以上，水力停留时间 8 h，连续运行；第二阶段是在第一阶段的基础上，向厌氧区和好氧区添加驯化后的接种污泥，保持污泥质量浓度 2 g/L 左右，好氧区溶解氧 4 mg/L 以上，厌氧区溶解氧 0.5 mg/L 以下，硝化液回流比 3 ∶1 ，以相同水力停留时间连续运行；第三阶段，取出包埋固定化菌颗粒，同第二阶段参数连续运行。因包埋固定化菌主要包埋硝化菌，故主要通过这 3 个阶段出水 CODCr、NH3-N 等指标的变化考察颗粒对微污染水的处理效果。

1.4 分析项目及检测方法

COD：重铬酸钾法；NH3-H：纳氏试剂分光光度法；pH：玻璃电极法；溶解氧：便携式溶解氧测定仪。

2 试验结果及分析

2.1 包埋固定化菌颗粒的驯化

试验所用包埋固定化菌颗粒在进入反应器之前，肉眼观察呈黑褐色且气味发臭，此状态是因为颗粒长时间处于低温、低营养、无氧状态，厌氧菌占据优势，处于惰性阶段所致。为使硝化菌及其他好氧菌的生长达到最大活性，应先对包埋菌固定化颗粒进行驯化。有研究表明〔6〕，包埋固定化菌在 DO>4 mg/L 时，具有最大硝化速率。因此本试验包埋固定化菌驯化阶段保持溶解氧 4 mg/L 以上，采取通入原水的方式对包埋固定化颗粒进行驯化，水力停留时间取 10 h，颗粒仅投入好氧区且投加体积占好氧区容积的 10%，均匀曝气以使颗粒在反应器中处于流化状态。经过 15 d 的驯化，出水 CODCr、NH3-N 基本稳定，进入试验阶段。

2.2 不同阶段去除 CODCr 比较

在试验阶段，采集河水因涨水、下雨、河流上游排污情况等而使原水水质呈现一定波动性，原水进水平均 CODCr 为 48.18 mg/L，属于《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中劣Ⅴ 类。以原水采取连续进水的方式，分 3 阶段运行，每阶段均考察驯化稳定后处理效果，不同阶段 CODCr 的去除效果见图 2。

图 2 不同阶段 CODCr 的去除效果

第一阶段仅投加包埋固定化菌，CODCr 去除率较为稳定，在 51.2%～58.5%之间；出水 CODCr 也较为稳定，为 16.9～23.7 mg/L，平均 20.55 mg/L，接近Ⅲ类水。第二阶段以向传统活性污泥 A/O 工艺添加包埋固定化菌颗粒的形式运行，在此阶段进水水质出现了较大波动，CODCr 去除率仍较为稳定，且高于第一阶段，在 64.7%～73.1%之间；出水 CODCr 也较为稳定，为 11.7～21.5 mg/L ，平均 15.66 mg/L ，接近 Ⅱ 类水。第三阶段仅以传统活性污泥 A/O 工艺的形式运行，在此阶段进水水质也出现了较大波动，CODCr 去除率也出现一定波动，在 35.0%～69.2%之间；出水 CODCr 不稳定，为 12.3～35.3 mg/L ，平均 22.85 mg/L ，接近Ⅲ类水。

对比 3 个阶段 CODCr 处理效果稳定性发现：阶段Ⅱ >阶段Ⅰ >阶段Ⅲ ，去除率：阶段Ⅱ >阶段Ⅰ >阶段Ⅲ 。由阶段Ⅰ 可知，包埋固定化菌对 CODCr 有一定去除效果，并随原水水质的波动变化较小，出水较为稳定。通过阶段Ⅰ 和阶段Ⅲ对比发现，相比于传统活性污泥工艺，包埋固定化菌对低浓度有机污染物具有更高更稳定的去除效果，主要是因为包埋技术能最大程度地提高微生物的浓度且提供给微生物良好的生活环境，而对于传统活性污泥工艺，处理低浓度有机污染物时，活性污泥微生物生长不够理想，微生物活性不够，所以包埋固定化菌法对于去除微污染水中的有机物比传统活性污泥法更有优势。阶段Ⅱ 对有机物的去除效果优于阶段Ⅰ 、阶段Ⅲ ，是因为向传统活性污泥工艺中添加包埋固定化菌能维持微生物浓度稳定，所以将包埋固定化菌添加到传统活性污泥工艺中有助于提高 CODCr 出水水质及稳定性。

2.3 不同阶段去除氨氮比较

原水氨氮平均质量浓度 4.40 mg/L ，属于《地表水环境质量标准》（GB 3838 —2002 ）中劣Ⅴ 类，不同阶段氨氮的去除效果见图 3。

图 3 不同阶段 NH3-N 的去除效果

第一阶段，氨氮去除率 83.2%～88.1%，出水氨氮质量浓度 0.44～0.65 mg/L，平均 0.53 mg/L，接近Ⅱ 类水；第二阶段，氨氮去除率 90.6%～95.3%，出水氨氮质量浓度 0.20～0.50 mg/L，平均 0.35 mg/L，Ⅱ 类水；第三阶段，氨氮去除率 87.6%～93.4%，出水氨氮质量浓度 0.29～0.70 mg/L，平均 0.46 mg/L，Ⅱ 类水。三个阶段，氨氮去除率都较为稳定且总体出水稳定，第二阶段氨氮去除率和出水水质略高于其他两个阶段。

包埋固定化菌对微污染水中的氨氮处理效果虽略低于同参数下运行的传统活性污泥工艺，这可能是因为包埋所使用材料影响了硝化过程的传质〔7〕。但此时的包埋固定化菌颗粒仍具有较高的氨氮去除效果及稳定性，并且投加到活性污泥工艺中可以进一步提高氨氮的处理效果。考虑到仅使用包埋固定化菌已能使出水氨氮达到Ⅱ 类，且包埋固定化菌颗粒具有剩余污泥少、操作方便等特点，因此，可以仅使用包埋固定化菌去除微污染水中的氨氮。。

3 结论

（1 ）包埋固定化菌对劣Ⅴ 类微污染水 CODCr、氨氮平均去除率分别为 55.1%、86.7%，具有稳定的去除效果，可使 CODCr、氨氮达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中 Ⅲ类、Ⅱ 类水标准。

（2）向传统活性污泥 A/O 工艺好氧区中添加包埋固定化菌有助于维持好氧区微生物浓度稳定，提高出水水质及稳定性。

（3）使用包埋固定化菌技术代替传统生化工艺处理微污染水应用于地表水商业化景观用途，具有良好前景。